CN108361734A - 沼气天然气混合燃烧发电*** - Google Patents
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Abstract
沼气天然气混合燃烧发电***，包括脱硫净化罐、缓冲罐、增压风机、燃气发电机以及依次连接的输送管道，燃气发电机包括发电机本体和燃烧器，所述燃烧器前部设有混合燃烧头；混合燃烧头包括外套筒、内套筒以及用于将内套筒安装在外套筒内侧的固定支架，外套筒与第二燃气进口连通，内套筒与第一燃气进口连通；内套筒前端伸出外套筒前端外侧，内套筒为前端口面积小于后端口面积的收紧筒体结构，内套筒前部筒壁上开有一次出气口和二次出气口；一次出气口、二次出气口分别由多个直向通孔、切向通孔构成。本发明相比于现有的沼气利用***，相同沼气体积用量条件下经过实验检测至少可以提高5％以上的燃烧利用效率，较好的提高了热电转换效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃气利用装置，尤其涉及一种提高燃烧效率的沼气天然气混合燃烧发电***。
背景技术
生物质是指通过光合作用而形成的各种有机体，包括所有的动植物和微生物，依据来源的不同，可以将适合于能源利用的生物质分为林业资源、农业资源、生活污水和工业有机废水、城市固体废物和畜禽粪便等五大类。其中，废水处理以及秸秆发酵等产生的沼气，是一种非常好的可燃气体，燃烧热值约为 5000～5500kcal/m3，主要由60％～70％的甲烷、25％～40％的二氧化碳和少量的氮硫化物和硫化氢组成。
对沼气进行利用的过程，一般包括脱水、脱硫、干燥等处理步骤，然后再进行燃烧发电或者生产热水、蒸汽，但由于沼气热值偏低、成份不稳定，需要在沼气点火时通入燃气进行助燃；另一方面，沼气燃烧的过程中很容易发生熄火或者燃烧不充分，导致现有的沼气发电或锅炉***中燃气利用效率较低。
如中国专利(授权公告号CN205332205U)公开了“一种使用混合燃气的燃烧器”，包括空气进气管、第一燃气进气管、第二燃气进气管、混合气输出管、环形连接管以及耐火砖；第一燃气进气管和第二燃气进气管分别连接在环形连接管的顶部和底部，空气进气管连接在环形连接管的中部位于第一燃气进气管和第二燃气进气管之间；第一燃气进气管、第二燃气进气管以及空气进气管均位于环形连接管的同一侧，混合气输出管连接在环形连接管的另一侧；混合气输出管上设有固定位，耐火砖固定在固定位上，耐火砖够成一喇叭状火道。相较于现有技术，该实用新型提供的使用混合燃气的燃烧器，可以同时输入两种燃气，通过环形管道的整流作用，混气均匀。
再如中国专利(授权公告号CN202125351U)公开了一种“双燃料驱动微型燃气热电联产***”，包括燃气发电子***和烟气余热回收子***，所述燃气发电子***包括燃气内燃机、发电机、三通阀门、调节阀以及连接管道；所述烟气余热回收子***包括气-水换热器、蓄水水箱、水泵、三通阀门、烟气旁通管道以及连接管道，从气源处送来的燃气进入燃气内燃发电机组，将产出的电力送至用电用户；从燃气内燃机出来的高温烟气通过气-水换热器与水箱内的水进行能量交换，将热量储存起来，实现余热的回收。该***注重能源的梯级利用，在沼气产气不足的不利情况下，能保证***的正常运行，注重可再生能源与燃气热电联产集成优化使用，将可再生能源、余热与常规能源相结合实现能源***的统一配置。
上述以及现有的沼气发电装置和***，在技术构思上仍然着重于仅从一种或多种燃气的混合效果上进行改善或创新，但对燃烧效率的提高效果上有限，导致最终热电转换效果较差。
发明内容
本发明提供一种沼气天然气混合燃烧发电***，用于解决现有技术中单独的沼气燃烧效果不足的问题，通过与天然气结合以及分层分段燃烧以提高能源的利用效率。
为了实现本发明的目的，采用以下技术方案：
沼气天然气混合燃烧发电***，包括脱硫净化罐、缓冲罐、增压风机、燃气发电机以及依次连接的输送管道，所述燃气发电机包括发电机本体和燃烧器，所述燃烧器设置有第一燃气进口和第二燃气进口，第一燃气进口与增压风机的出气口通过输送管道连接，第二燃气进口与外部的天燃气气源连通；所述燃烧器前部设有混合燃烧头，燃烧器后部设置有送风机，混合燃烧头伸入发电机本体的燃烧室内；所述混合燃烧头包括外套筒、内套筒以及用于将内套筒安装在外套筒内侧的固定支架，外套筒与第二燃气进口连通，内套筒与第一燃气进口连通；所述内套筒前端伸出外套筒前端外侧，内套筒为前端口面积小于后端口面积的收紧筒体结构，内套筒前部筒壁上开有一次出气口和二次出气口；所述一次出气口、二次出气口分别由多个直向通孔、切向通孔构成，一次出气口位于外套筒前端内侧，二次出气口位于外套筒前端外侧；所述直向通孔与内套筒筒壁成角度a，直向通孔的气流方向与外套筒的气流方向相同，所述切向通孔在内套筒截面上的中心线与切线之间的角度为b。
为了进一步实现本发明的目的，还可以采用以下技术方案：
如上所述的沼气天然气混合燃烧发电***，所述角度a的范围为10°～30°。
如上所述的沼气天然气混合燃烧发电***，所述角度b的范围为120°～135°。
如上所述的沼气天然气混合燃烧发电***，所述直向通孔在内套筒筒壁上的结构为出口侧面积大于进口侧面积。
如上所述的沼气天然气混合燃烧发电***，所述切向通孔在内套筒筒壁上的结构为出口侧面积小于进口侧面积。
如上所述的沼气天然气混合燃烧发电***，所述内套筒的前端口封堵。
本发明的有益效果：
1、本发明中设置的混合燃烧器，通过分层分段燃烧提高了沼气和天然气的利用效率，相比于现有的沼气利用***，相同沼气体积用量条件下经过实验检测至少可以提高5％以上的燃烧利用效率，较好的提高了热电转换效果。
2、沼气和天然气混合燃烧，在沼气生产***或生物质发酵***产气正常时，仅需要较少量的天然气即可实现沼气较好的燃烧利用，提高稳燃效果，此时，沼气与天然气的以体积比以1：4～6即可，因此，可以优先以及较大量的实现沼气的回收利用发电；另一方面，当沼气生产不足或***生产不正常时，本发明可以方便进行天然气利用量的调节或切换，方便使用和管理。
3、本发明中的分层分段燃烧通过混合燃烧头予以实现，混合燃烧头包括外套筒、内套筒以及固定支架，外套筒与第二燃气进口连通以提供天然气，内套筒与第一燃气进口连通以提供沼气；内套筒前端较外套筒前端长，内套筒为收紧筒体结构，内套筒前部筒壁上开有一次出气口和二次出气口，一次出气口、二次出气口分别由多个直向通孔、切向通孔构成，一次出气口位于外套筒前端内侧，二次出气口位于外套筒前端外侧，因此，随着内套筒从后至前端逐渐内径变小，即沼气的流通截面较小，但依然能保持内套筒中的沼气压力；直向通孔与内套筒筒壁成角度a，直向通孔的气流方向与外套筒的气流方向相同，从一次出气口流出的沼气经过直向通孔，因此，可以在内套筒与外套之间形成第一次扰动，实现与天然气气流较好的混合，从外套筒流出后被点燃，此时，由于沼气混合了部分天然气气体，沼气中的甲烷成份和热值提高，在二次出气口外部实现燃烧；经过一次出气口的沼气气流从二次出气口继续被流出，此时沼气受切向通孔的作用，沼气和燃烧的火焰混合，一方面利用内套筒传热提高了沼气的温度，另一方面，利用切向通过的旋转作用延长了沼气混合和燃烧过程的路径和时间，提高了沼气燃烧效率，最终较好的提高热电转换的效果。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1中所述混合燃烧头的结构示意图；
图3是图2中所述外套筒的结构示意图；
图4是图2中所述内套筒的结构示意图；
图5是图4的A–A向放大剖视图；
图6是图4的B–B向放大剖视图；
图7是图6中I局部放大示意图。
附图标记：1-脱硫净化罐，2-缓冲罐，3-增压风机，4-燃气发电机，5-第一燃气进口，6-第二燃气进口，7-外套筒，8-内套筒，81-一次出气口，811-直向通孔，82-二次出气口，821-切向通孔。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-7所示，本实施例一种沼气天然气混合燃烧发电***，包括脱硫净化罐、缓冲罐、增压风机、燃气发电机以及依次连接的输送管道。
燃气发电机包括发电机本体和燃烧器，燃烧器设置有第一燃气进口和第二燃气进口，第一燃气进口与增压风机的出气口通过输送管道连接，第二燃气进口与外部的天燃气气源连通；燃烧器前部设有混合燃烧头，燃烧器后部设置有送风机，混合燃烧头伸入发电机本体的燃烧室内。
混合燃烧头包括外套筒7、内套筒8以及用于将内套筒安装在外套筒内侧的固定支架，外套筒7与第二燃气进口6连通，内套筒8与第一燃气进口5连通；内套筒8前端伸出外套筒7前端外侧，内套筒7为前端口面积小于后端口面积的收紧筒体结构，内套筒前部筒壁上开有一次出气口81和二次出气口82；一次出气口81、二次出气口82分别由多个直向通孔811、切向通孔821构成，一次出气口81位于外套筒7前端内侧，二次出气口82位于外套筒7前端外侧；直向通孔811与内套筒筒壁成角度a，直向通孔811的气流方向与外套筒7的气流方向相同，切向通孔821在内套筒8截面上的中心线与切线之间的角度为b。
具体而言，本实施例公开的沼气天然气混合燃烧发电***，沼气从污水处理或生物质发酵等产气装置引出后，经过脱硫净化罐1，然后再经过缓冲罐2稳定压力和流速，经增压风机3提到合适的燃气压力，送入燃气发电机4的燃烧器进行燃烧，将热能转化未机械能对外输出电力。在脱硫净化罐1中设有净化脱水室和脱硫室，在净化脱水室内设有弯曲的净化管，净化管内壁设有多个径向的柱体。在净化脱水室的两侧分别设有进风口、出风口，利用冷却风机可以降低净化管内沼气气流的温度，将沼气中含有的水分析出，同时，利用在净化管内设置的柱体，使沼气气流在经过时，能够将沼气内含有的杂质和水进一步去除，并随着净化管弯曲的内壁被排除到脱硫净化罐的底部排至罐体外。然后沼气经过脱硫室内进行硫化氢吸附去除。其中，脱硫净化罐1、缓冲罐2的大小可以根据沼气产气的速率进行设置，缓冲罐2的设置主要用于稳定压力，便于燃气发电机4控制。通常缓冲罐2的体积大小能保证燃气发电机4稳定使用时的5～10分钟流量即可，以保证***抗沼气产量波动带来的不稳定性。
另外一路的天然气气源，可以直接接市政的天然气管网或者企业多余的煤制气等剩余燃气。沼气和天然气混合燃烧，在沼气生产***或生物质发酵***产气正常时，仅需要较少量的天然气即可实现沼气较好的燃烧利用，提高稳燃效果，此时，沼气与天然气的以体积比以1：4～6即可，因此，可以优先以及较大量的实现沼气的回收利用发电；另一方面，当沼气生产不足或***生产不正常时，可快速进行天然气利用量的调节或切换，方便使用和管理。
本实施例燃气器上的混合燃烧头，包括外套筒、内套筒以及固定支架，外套筒与第二燃气进口连通以提供天然气，内套筒与第一燃气进口连通以提供沼气；内套筒前端较外套筒前端长，内套筒为收紧筒体结构，内套筒前部筒壁上开有一次出气口和二次出气口，一次出气口、二次出气口分别由多个直向通孔、切向通孔构成，一次出气口位于外套筒前端内侧，二次出气口位于外套筒前端外侧，因此，随着内套筒从后至前端逐渐内径变小，即沼气的流通截面较小，但依然能保持内套筒中的沼气压力；直向通孔与内套筒筒壁成角度a，直向通孔的气流方向与外套筒的气流方向相同，从一次出气口流出的沼气经过直向通孔，因此，可以在内套筒与外套之间形成第一次扰动，实现与天然气气流较好的混合，从外套筒流出后被点燃，此时，由于沼气混合了部分天然气气体，沼气中的甲烷成份和热值提高，在二次出气口外部实现燃烧；经过一次出气口的沼气气流从二次出气口继续被流出，此时沼气受切向通孔的作用，沼气和燃烧的火焰混合，一方面利用内套筒传热提高了沼气的温度，另一方面，利用切向通过的旋转作用，延长了沼气混合和燃烧过程的路径和时间。
结合内套筒的一次出气口和二次出气口，利用相互之间位置、结构以及燃烧时间和效果的不同，实现了沼气与天然气充分的混合、更完全的燃烧，提高了沼气燃烧效率，最终较好的提高热电转换的效果。
进一步的，如图5、图6、图7所示，本实施例中直向通孔的角度a为30°，共设置有3排，每排之间的间距为3～5cm，由于内套筒为锥形的收紧筒结构，所有直向通孔的流通截面积为内套筒水平方向最大处流通截面积的70％～80％，以使较大部分的沼气量，能够优先从一次出气口在内套筒和外套筒之间流出，由于直向通孔中的沼气气流流出后受外套筒限制，因此在外套筒的阻挡和自身气流冲涮的作用下，沼气能够充分的和外套筒输送的天然气混合，然后被点燃以实现较好的燃烧。
切向通孔的角度b为135°，同一部位的内套筒截面上设置有10个切向通孔，共设置有5排，每排之间的间距为2～3cm，以保证沼气气流具有较好的旋转作用，从二次出气口流出的沼气受旋转力作用，在火焰中充分流动，燃烧的路径增长，因此可以实现沼气完全充分的燃烧，所有直向通孔的流通截面积为内套筒水平方向最大处流通截面积的20％～40％。
一次出气口和二次出气口的总面积大于内套筒截面积，有利减轻沼气的流动阻力，实现更好的分层分段燃烧利用。
进一步的，本实施例中，直向通孔在内套筒筒壁上的结构为出口侧面积大于进口侧面积；切向通孔在内套筒筒壁上的结构为出口侧面积小于进口侧面积。以提高沼气气流在直向通孔的混合作用、切向通孔中的旋转充分燃烧作用。另外，内套筒的前端口封堵，内套筒的锥度控制在5°,方便混合燃烧头进行制造和安装。
本发明通过分层分段燃烧提高了沼气和天然气的利用效率，相比于现有的沼气利用***，相同沼气体积用量条件下经过实验检测至少可以提高5％以上的燃烧利用效率，较好的提高了热电转换效果。
本发明未详尽描述的技术内容均为公知技术。
Claims (5)
1.沼气天然气混合燃烧发电***，包括脱硫净化罐、缓冲罐、增压风机、燃气发电机以及依次连接的输送管道，所述燃气发电机包括发电机本体和燃烧器，其特征在于，所述燃烧器设置有第一燃气进口和第二燃气进口，第一燃气进口与增压风机的出气口通过输送管道连接，第二燃气进口与外部的天燃气气源连通；所述燃烧器前部设有混合燃烧头，燃烧器后部设置有送风机，混合燃烧头伸入发电机本体的燃烧室内；所述混合燃烧头包括外套筒、内套筒以及用于将内套筒安装在外套筒内侧的固定支架，外套筒与第二燃气进口连通，内套筒与第一燃气进口连通；所述内套筒前端伸出外套筒前端外侧，内套筒为前端口面积小于后端口面积的收紧筒体结构，内套筒前部筒壁上开有一次出气口和二次出气口；所述一次出气口、二次出气口分别由多个直向通孔、切向通孔构成，一次出气口位于外套筒前端内侧，二次出气口位于外套筒前端外侧；所述直向通孔与内套筒筒壁成角度a，直向通孔的气流方向与外套筒的气流方向相同，所述切向通孔在内套筒截面上的中心线与切线之间的角度为b。
2.根据权利要求1所述的沼气天然气混合燃烧发电***，其特征在于，所述角度a的范围为10°～30°。
3.根据权利要求1所述的沼气天然气混合燃烧发电***，其特征在于，所述角度b的范围为120°～135°。
4.根据权利要求1所述的沼气天然气混合燃烧发电***，其特征在于，所述直向通孔在内套筒筒壁上的结构为出口侧面积大于进口侧面积。
5.根据权利要求1所述的沼气天然气混合燃烧发电***，其特征在于，所述切向通孔在内套筒筒壁上的结构为出口侧面积小于进口侧面积。
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